CP2104 Single-Chip USB to UART Bridge (Japanese)

CP2104
シングルチップ USB/UART ブリッジ
シングルチップ USB/UART データ変換
仮想 COM ポート・デバイス・ドライバ
統合された USB トランシーバ、外部抵抗不要
統合されたクロック、外部水晶不要
カスタマイズ可能な製品用の統合された 1024 バイト
のワンタイム・プログラム可能 ROM(ワンタイム
PROM)情報
オンチップ・パワーオン・リセット回路
オンチップ電圧レギュレータ:3.45 V 出力
USB 仕様 2.0 準拠、フルスピード(12 Mbps)
USB サスペンド・ステートは、サスペンドおよびサス
ペンドピン経由でサポート
外部プルアップ使用で設定可能な I/O(VDD 〜 5 V)
RS-485 モード・バストランシーバ制御
外部電圧供給
または直接接
続 VDD へ
Linux®
ロイヤリティなしの配布ライセンス
Windows 7/Vista/XP/Server 2003/2000
Windows CE® 6.0、5.0、および 4.2
アプリケーション例
すべてのハンドシェイクおよびモデムのインターフェ
イス信号
サポートされているデータ・フォーマット:
- データ・ビット:5、6、7、8
- ストップ・ビット:1、1.5、2
- パリティ:奇数、偶数、マーク、スペース、パリ
ティなし
ボーレート:300 bps 〜 2 Mbits
576 バイト受信バッファ、576 バイト送信バッファ
ハードウェアまたは X-On/X-Off ハンドシェークをサ
ポート
ステータスと制御の 4 つの GPIO 信号
VIO ピン使用で設定可能な I/O(1.8 V 〜 VDD)
Mac® OS-X
USBXpress™ ダイレクト・ドライバ・サポート
非同期シリアル・データ・バス (UART)
USB 機能コントローラ
既存 COM ポート PC アプリケーションで動作
ロイヤリティなしの配布ライセンス
Windows 7®/Vista®/XP®/Server 2003®/2000®
RS-232 レガシ・デバイスの USB へのアップグレード
RS-485 レガシ・デバイスの USB へのアップグレード
携帯電話の USB インターフェイス・ケーブル
PDA USB インターフェイス・ケーブル
USB/RS-232 シリアル・アダプタ
供給電圧
セルフパワー:3.0 〜 3.6 V
USB バスパワー:4.0 〜 5.25 V
I/O 電圧:1.8 V 〜 VDD
パッケージ
RoHS 準拠の 24 ピンの QFN(4x4 mm)
発注型名 (OPN)
CP2104-F03-GM
温度範囲:-40 〜 +85 °C
CP2104
GPIO.0
VIO
GPIO.1
GPIO.2
4
REGIN
GPIO.3
電圧
レギュレータ
イン
RST
アウト
サスペンド
VDD
GND
USB コネクタ
VBUS
DD+
GND
RI
DCD
DTR
D+
USB
トランシーバ
USB
機能コントローラ
1024B
PROM
VPP
USB サスペンド・
ステータス
の外部回路へ
サスペンド
48 MHz
オシレータ
VBUS
D-
ステータスと制御の
外部回路へ
576B
TX
UART
576B
RX
バッファ バッファ
DSR
TXD
外部 RS-232
トランシーバ
またはUART回路
RXD
RTS
CTS
図 1. システム例ダイアグラム
Rev. 1.0 10/10
Copyright © 2010 by Silicon Laboratories
CP2104
CP2104
2
Rev. 1.0
CP2104
目次
セクション
ページ
1. システムの概要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4
2. 電気的特性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
3. ピンアウトおよびパッケージの定義 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7
4. QFN-24 パッケージの仕様 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9
5. USB 機能コントローラおよびトランシーバ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
6. 非同期シリアル・データ・バス (UART) インターフェイス . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
6.1. ボーレートの生成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
7. GPIO ピン . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
7.1. GPIO.0-1 — トグルの送信および受信 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
7.2. GPIO.2 - RS-485 トランシーバのバス制御 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
7.3. ハードウェア・フロー制御(RTS および CTS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
8. ワンタイム・プログラム可能 ROM(ワンタイム PROM ). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
9. 電圧レギュレータ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
10. CP2104 デバイス・ドライバ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
10.1. 仮想 COM ポート・ドライバ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
10.2. USBXpress ドライバ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
10.3. ドライバのカスタマイズ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
10.4. ドライバの認証 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
11. 関連するアプリケーション・ノート . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
文書変更リスト . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
お問い合わせ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
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CP2104
1. システムの概要
CP2104 は、最小限のコンポーネントと PCB スペースを使用して RS-232/RS-485 デザインを USB にアップデー
トするためのシンプルなソリューションを提供する高度に統合された USB/UART ブリッジ・コントローラです。
CP2104 には、USB 2.0 フルスピード機能コントローラ、USB トランシーバ、オシレータ、ワンタイム・プログ
ラム可能 ROM(ワンタイム PROM)、非同期シリアル・データ・バス (UART)、そしてコンパクトな 4 x 4 mm
QFN-24 パッケージ(「MLF」または「MLP」と呼ばれることもあります)に完全なモデム制御信号を備えていま
す。それ以外の外部 USB コンポーネントは不要です。
オンチップ・ワンタイム・プログラム可能 ROM(ワンタイム PROM)は、OEM アプリケーション用に必要に応
じて、USB ベンダー ID、プロダクト ID、商品の説明文字列、電源記述子、デバイス・リリース番号、デバイス・
シリアル番号、および GPIO 設定をカスタマイズするために使用できます。
Silicon Labs が提供するロイヤリティなしの仮想 COM ポート (VCP) デバイス・ドライバにより、CP2104 ベース
の製品は、PC アプリケーションに COM ポートとして見せることができます。CP2104 UART インターフェイス
は、制御とハンドシェイク信号を含むすべての RS-232/RS-485 信号を実装するので、その既存のシステム・ファー
ムウェアを変更する必要がありません。このデバイスは、ステータスと情報制御がユーザー定義可能な 4 つの
GPIO 信号へ機能アップしています。I/O インターフェイスの 1.8 V までの電圧降下のサポートは VIO ピンを介し
て提供されます。多くの既存の RS-232 デザインにおいて、RS-232 から USB へのアップデートに必要なのは
R-232 レベル・トランスレータを CP2104 と交換することだけです 。ダイレクト・アクセス・ドライバのサポー
トは、シリコン・ラボラトリーズの USBXpress ドライバ・セットを介して利用できます。最新のアプリケーショ
ン・ノートおよび CP2104 の製品サポート情報については、www.silabs.com を参照してください。
CP2104(製品番号:CP2104EK)用の評価キットを入手していただけます。これには、CP2104 ベースの USBUART/RS-232 評価ボード、VCP デバイス・ドライバの完全セット、USB および RS-232 ケーブル、そして完全
な資料が含まれています。Silicon Labs の営業担当者にお問い合わせいただくか、www.silabs.com をご参照いただ
き、CP2104 評価キットをご注文ください。
4
Rev. 1.0
CP2104
2. 電気的特性
表 1. 最大絶対定格
パラメータ
条件
最小値
代表値
最大値
ユニット
バイアス下での周囲温度
-55
-
125
°C
保存温度
-65
-
150
°C
–0.3
–0.3
-
5.8
VIO + 3.6
V
–0.3
-
4.2
V
VDD、VIO、および GND を流れる最大総電流
-
-
500
mA
RST または任意の I/O ピンによる最大出力シンク電流
-
-
100
mA
GND に関する RST、GPIO、または UART ピンの電圧
VIO > 2.2 V
VIO < 2.2 V
GND に関する VDD または VIO の電圧
メモ : 上記リストを超えるストレスの印加は、デバイスに永久的な損傷を発生させる可能性があります。この規定はスト
レス定格のみを指定するものであり、この仕様の動作リストの条件下での、またはそれを超えた条件下でのデバイ
スの機能動作を定めたものではありません。長時間最大絶対定格の状態下に置くと、デバイスの信頼性に影響を与
える可能性があります。
表 2. グローバル DC 電気的特性
特に注意のない限り、VDD = 3.0 ~ 3.6 V, –40 ~ +85 °C です。
パラメータ
条件
最小値
代表値
最大値
ユニット
デジタル供給電圧(VDD)
3.0
-
3.6
V
デジタルポート I/O 供給電圧(VIO)
1.8
-
VDD
V
供給電流 1
通常動作、VREG 有
効
-
17.0
18.5
mA
供給電流 1
サスペンド、
VREG 有効
-
100
200
µA
-
200
228
µA
-40
-
+85
°C
供給電流 —USB プルアップ 2
指定動作温度範囲
メモ :
1. デバイスが USB バスに接続されている場合、USB プルアップ電流は、総供給電流として電流供給に追加される必要
があります。
2. USB プルアップ供給電流値は、USB 仕様に基づいて計算された値です。
Rev. 1.0
5
CP2104
表 3. UART とサスペンド I/O の DC 電気的特性
特に注意のない限り、VDD = 3.0 ~ 3.6 V, VIO = 1.8 V ~ VDD, –40 ~ +85 °C です。
パラメータ
条件
最小値
代表値
最大値 ユニット
出力電圧ハイレベル (VOH)
IOH = –10 µA
IOH = –3 mA
IOH = –10 mA
VIO – 0.1
VIO – 0.2
-
VIO – 0.4
-
V
出力電圧ローレベル (VOL)
IOL = 10 µA
IOL = 8.5 mA
IOL = 25 mA
-
0.6
0.1
0.4
-
V
入力電圧ハイレベル (VIH )
0.7 x VIO
-
-
V
入力電圧ローレベル (VIL )
-
-
0.6
V
入力リーク電流
ウィーク・プルアップ・オフ
ウィーク・プルアップ・オン、VIN = 0 V
-
25
1
50
µA
最大入力電圧
オープン・ドレイン、ロジック・ハイ (1)
-
-
5.8
V
表 4. 電気的特性のリセット
特に注意のない限り、–40 ~ +85 °C です。
パラメータ
条件
RST 入力電圧ハイレベル
最小値
0.75 x VIO
代表値
-
最大値
-
ユニット
V
RST 入力電圧ローレベル
-
-
0.6
V
最小 RST ロー・タイムで
システム・リセット生成
15
-
-
µs
表 5. 電圧レギュレータ電気仕様
特に注意のない限り、–40 ~ +85 °C です。
パラメータ
条件
最小値 代表値 最大値 ユニット
入力電圧範囲
出力電圧
出力電流 = 1 〜 100 mA*
VBUS 検出入力しきい値
バイアス電流
3.0
-
5.25
V
3.3
3.45
3.6
V
2.5
-
-
V
-
-
120
µA
* メモ : レギュレータ最大供給電流は 100 mA です。これには CP2104 の電流供給が含まれています。
表 6. GPIO 出力仕様
特に注意のない限り、–40 ~ +85 °C です。
パラメータ
条件
最小値
-
代表値
1
最大値
-
TX トグル・レート
-
10
-
Hz
RX トグル・レート
-
10
-
Hz
RS-485 のストップ・ビット後の
アクティブ時間
* メモ : ビット時間は 1 / ボーレートとして計算されます。
6
Rev. 1.0
ユニット
ビット時
間*
CP2104
3. ピンアウトおよびパッケージの定義
表 7. CP2104 ピンの定義
名前
ピン#
VDD
6
タイプ
説明
パワー・イン 電源電圧入力。
パワー・アウト 電圧レギュレータ出力。項 9 を参照してください。
パワー・イン
I/O 電源電圧入力。
VIO
5
GND
2
RST
9
REGIN
7
VBUS
8
D イン
VPP
16*
スペシャル
D+
3
D I/O
USB D+
D–
4
D I/O
USB D–
TXD
21
D アウト
非同期のデータ出力(UART 送信)
RXD
20
D イン
非同期のデータ入力(UART 受信)
CTS
18*
D イン
CTS (Clear to Send) 制御入力(アクティブ・ロー)
RTS
19*
D アウト
RTS (Ready to Send) 制御出力(アクティブ・ロー)
DSR
22*
D イン
DSR (Data Set Ready) 制御入力(アクティブ・ロー)
DTR
23*
D アウト
DCD
24*
D イン
データ・キャリア検出 (DCD) 制御入力(アクティブ・ロー)
RI
1*
D イン
リング・インジケータ制御入力(アクティブ・ロー)
サスペンド
17*
D アウト
CP2104 が USB サスペンド・ステートのとき、このピンはロジック・
ハイになります。
サスペンド
15*
D アウト
CP2104 が USB サスペンド・ステートのとき、このピンはロジック・
ローになります。
GPIO.3
11*
D I/O
ユーザ設定可能な入力または出力。
GPIO.2
12*
D I/O
ユーザ設定可能な入力または出力。
GPIO.1
13*
D I/O
ユーザ設定可能な入力または出力。
GPIO.0
14*
D I/O
ユーザ設定可能な入力または出力。
NC
10*
グランド。グランドに接続する必要があります。
D I/O
デバイスのリセット。内部 POR または VDD モニタのオープン・ドレ
イン出力。外部ソースは、表 4 で指定されている 時間にこのピンを
ローにすることで、システム・リセットを開始することができます。
パワー・イン 5 V のレギュレータ入力。このピンは、オンチップ電圧レギュレータ
への入力です。
VBUS センス入力。このピンは、USB ネットワークの VBUS 信号に
接続されている必要があります。
このピンとグランド間の 4.7 µF キャパシタを接続して、USB イン
ターフェイス経由で ROM プログラミングをサポートします。
DTR (Data Terminal Ready) 制御出力(アクティブ・ロー)
このピンは未接続のままにするか、VIO に接続する必要があります。
* メモ : 未使用時は、ピンは未接続のままにすることができます。
Rev. 1.0
7
DCD
DTR
DSR
TXD
RXD
RTS
24
23
22
21
20
19
CP2104
RI
1
18
CTS
GND
2
17
サスペンド
D+
3
16
VPP
D-
4
15
サスペンド
VIO
5
14
GPIO.0
VDD
6
13
GPIO.1
CP2104-GM
上面図
11
12
GPIO.3
GPIO.2
9
RST
10
8
VBUS
NC
7
REGIN
GND (オプション)
図 2. QFN-24 のピンアウト・ダイアグラム(上面図)
8
Rev. 1.0
CP2104
4. QFN-24 パッケージの仕様
図 3. QFN-24 パッケージ図面
表 8. QFN-24 パッケージ寸法
寸法
A
A1
b
D
D2
e
E
E2
最小値
0.70
0.00
0.18
2.55
2.55
代表値
0.75
0.02
0.25
4.00 BSC.
2.70
0.50 BSC.
4.00 BSC.
2.70
最大値
0.80
0.05
0.30
寸法
L
L1
aaa
bbb
ddd
eee
Z
Y
2.80
2.80
最小値
0.30
0.00
-
代表値
0.40
0.24
0.18
最大値
0.50
0.15
0.15
0.10
0.05
0.08
-
メモ :
1. 特に注意のない限り、示されているすべての寸法はミリメートル (mm) です。
2. 寸法および公差は ANSI Y14.5M-1994 に従っています。
3. この図は、サプライヤの指定ごとに公差されるカスタム機能 D2、E2、Z、Y、L を除き、JEDEC
ソリッド・ステート・アウトライン MO-220、variation WGGD に準拠しています。
4. 推奨カード・リフロー・プロファイルは、小型ボディ・コンポーネントの JEDEC/IPC J-STD-020
仕様に従っています。
Rev. 1.0
9
CP2104
図 4. QFN-24 推奨 PCB ランド・パターン
表 9. QFN-24 PCB ランド・パターン寸法
寸法
C1
C2
E
X1
最小値
最大値
3.90
4.00
3.90
4.00
0.50 BSC
0.20
0.30
寸法
X2
Y1
Y2
最小値
2.70
0.65
2.70
最大値
2.80
0.75
2.80
メモ :
ジェネラル
1. 特に注意のない限り、示されているすべての寸法はミリメートル (mm) です。
2. このランド・パターンのデザインは、IPC-7351 ガイドラインに基づいています。
半田マスク・デザイン
3. すべてのメタル・パッドは非半田マスク定義 (NSMD) です。半田マスクとメタル・パッド間
のクリアランスは、パッド周りのすべての方向に最低 60 µm 必要です。
ステンシル・デザイン
4. 台形壁へのステンレス鋼、レーザーカット、電解研磨のステンシルは、半田ペーストの版離
れ性を良くするために使用します。
5. ステンシルの厚さは 0.125 mm(5 ミル)です。
6. ステンシル開口部とランド・パッドのサイズの比率は、パッド周囲に 1:1 としてください。
7. 1.30 mm ピッチの 1.10 mm x 1.10 mm 開口部の 2x2 配列は、センター・パッドに使用する
必要があります。
カード・アセンブリ
8. 無洗浄のタイプ 3 半田ペーストが勧められます。
9. 推奨カード・リフロー・プロファイルは、小型ボディ・コンポーネントの JEDEC/IPC
J-STD-020 仕様に従っています。
10
Rev. 1.0
CP2104
5. USB 機能コントローラおよびトランシーバ
CP2104 のユニバーサル・シリアル・バス (USB) 機能コントローラは、統合されたトランシーバ、オンチップ・
マッチング、プルアップ抵抗を持つ USB 2.0 準拠のフルスピード・デバイスです。USB 機能コントローラは USB
と UART 間のすべてのデータ転送だけでなく、USB ホスト・コントローラによって生成されたコマンド・リクエ
スト、UART および GPIO ピンの機能を制御するためのコマンドを管理します。
USB サスペンドおよびレジューム信号は、CP2104 デバイスおよび外部回路両方の電源管理でサポートされてい
ます。CP2104 はサスペンド信号がバスで検出されたときにサスペンド・モードに入ります。サスペンド・モード
に入ると、CP2104 はサスペンドとサスペンド信号をアサートします。また、CP2104 がリセットした後、USB エ
ミュレーション中にデバイス設定が完了するまでに、サスペンドとサスペンドもアサートされます。
CP2104 は、次のいずれかが発生したときにサスペンド・モードを終了します。レジューム信号が検出または生成
されたとき、USB のリセット信号が検出されたとき、またはデバイスのリセットが発生したとき。サスペンド・
モードの終了時に、サスペンドとサスペンド信号がディアサートされます。
サスペンドとサスペンドの両方とも一時的に CP2104 リセット時にハイ・フロートとなります。この動作が望ま
しくない場合は、ストロング・プルダウン (10 kΩ) を使用して、リセット中サスペンドを確実にローに維持するこ
とができます。
USB サスペンド中の様々なピンのロジック・レベルと出力モード(プッシュプルまたはオープン・ドレイン)は、
PROM で設定可能です。詳細については、項 8 を参照してください。
6. 非同期シリアル・データ・バス (UART) インターフェイス
CP2104UART インターフェイスは、TX(送信)と RX(受信)データ信号だけでなく、RTS、CTS、DSR、DTR、
DCD、および RI の制御信号で構成されています。UART は、RTS/CTS、DSR/DTR、および X-On/X-Off のハンド
シェイクをサポートしています。
UART はプログラム可能で、様々なデータ・フォーマットとボーレートをサポートしています。仮想 COM ポー
ト・ドライバが使用される場合、データ・フォーマットとボーレートは、PC 上の COM ポートの構成中に設定さ
れます。USBXpress ドライバが使用される場合、CP2104 は USBXpress API を介して設定されます。使用可能
なデータ・フォーマットとボーレートは 表 10 にリストされています。
表 10. データ・フォーマットとボーレート
データ・ビット 1
5、6、7、8
ストップ・ビット
1、1.52、2
パリティのタイプ
ボーレート
パリティなし、偶数、奇数、マーク、スペース
300 bps 〜 2.0 Mbps
メモ :
1. 5 と 6 ビットのデータ・サイズは 921600 bps 以上のボーレートではサ
ポートされていません。
2. 5 データ・ビット使用時のみ、1.5 ストップ・ビットが利用可能です。
Rev. 1.0
11
CP2104
6.1. ボーレートの生成
ボーレート・ジェネレータは非常に柔軟で、これによりユーザは 300 bps 〜 2 Mbps の範囲で任意のボーレートを
要求できます。48 MHz のオシレータから直接ボーレートを生成することができない場合は、デバイスが可能な限
りそれに最も近いオプションを選択します。実際のボーレートは、Equation 1 と Equation 2 によって左右されま
す。
48 MHz
クロック分周器 = ---------------------------------------------------------------------------------------------------------2 × Pr escal e × 要求されたボーレート
プリスケール = 要求されたボーレートが ≤ 365 bpsの場合、4
プリスケール = 要求されたボーレートが > 365 bps の場合、1
方程式 1. クロック分周器の計算
48 MHz
実際のボーレート = ---------------------------------------------------------------------------------------2 × Pr escal e × クロック分周器
プリスケール = 要求されたボーレートが ≤ 365 bpsの場合、4
プリスケール = 要求されたボーレートが > 365 bps の場合、1
方程式 2. ボーレートの計算
ほとんどのボーレートは、1.0 %未満の誤差で生成することができます。大部分の UART アプリケーションの一般
的な経験則は、受信機と送信機の両方で、ボーレート誤差は ± 2 %未満に制限されています。Equation 1 で取得
したクロック分周器の値は最近接丸めされます。これには誤差原因を生み出す可能性があります。別の誤差原因
は、確度 ± 0.25 %の 48 MHz オシレータです。実際のボーレートと要求されたボーレートを知れば、ボーレート
誤差の合計は、Equation 3 を使用して見つけることができます 。
実際のボーレート
ボーレート誤差(%) = 100 × ⎛ 1 – ------------------------------------------------------------⎞ ± 0. 25 %
⎝
要求されたボーレート⎠
方程式 3. ボーレート誤差の計算
7. GPIO ピン
CP2104 は、ステータスと制御情報のユーザ設定可能な 4 つの GPIO ピンをサポートしています。これらの GPIO
の各 ピンは、入力、オープン・ドレイン出力、またはプッシュプル出力として使用可能です。これらの GPIO ピ
ンのうち 3 つには代替機能もあり、それらは 表 11 にリストされています。
表 11. GPIO ピンの代替機能
GPIO ピン
代替機能
GPIO.0
TX トグル
GPIO.1
RX トグル
GPIO.2
RS-485 トランシーバの制
御
デフォルトでは、すべての GPIO ピンは GPIO 入力として設定されています。ピンの設定は、各デバイスで 1 回
限りプログラム可能です。オープン・ドレイン出力とプッシュプル出力の違いは、GPIO 出力がロジック・ハイに
駆動されたときに起こります。ロジック・ハイ、オープン・ドレイン出力は、内部プルアップ抵抗を介して、VIO
レールにピンを引っ張ります。ロジック・ハイ、プッシュプル出力は、直接 VIO 電圧にピンを接続します。オー
プン・ドレイン出力は通常、VIO ピンより高電圧のロジックに接続するときに使用されます。これらのピンは、外
部プルアップ抵抗を介して、安全により高い外部電圧にプルアップすることができます。最大外部プルアップ電
圧は 5 V です。
GPIO ピンの読み取りと書き込み速度は、USB バスのタイミングにより異なります。GPIO ピンを入力または出力
として設定することは、リアルタイム・シグナルにはお勧めできません。
これらのピンの設定と使用法の詳細については、Silicon Labs のウェブサイトにある『AN144:CP21xx カスタマ
イズ・ガイド』および「AN223:CP210x のポート設定と GPIO」に記載されています。
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CP2104
7.1. GPIO.0-1 — トグルの送信および受信
GPIO.0 と GPIO.1 は、送信トグル・ピンおよび受信トグル・ピンとして設定可能です。これらのピンは、デバイ
スがデータを送受信しているときにロジック・ハイとなり、データ転送が進行中、表 6 に指定された固定レート
でトグルします。通常は、これらのピンは 2 つの LED に接続されてデータ転送をインジケートします。
VIO
CP2104
GPIO.0 - TX トグル
GPIO.0 - RX トグル
図 5. トグル送信・受信の典型的な接続ダイアグラム
7.2. GPIO.2 - RS-485 トランシーバのバス制御
GPIO.2 は、トランシーバの DE および RE 入力に接続される RS-485 トランシーバ・バス制御ピンとして設定可
能です。RS-485 モードに設定されている場合、ピンは UART データ送信だけでなく、ライン・ブレーク送信中
にもアサートされます。GPIO.2 の RS-485 モードは、デフォルトではアクティブ・ハイですが、アクティブ・
ローのモードに設定することもできます。
CP2104
RS-485
トランシーバ
TX
R
RX
D
RE
GPIO.2 – RS485
DE
図 6. RS-485 トランシーバの典型的な接続ダイアグラム
Rev. 1.0
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CP2104
7.3. ハードウェア・フロー制御(RTS および CTS)
CP2104 の RTS ピンと CTS ピンの機能を利用するには、デバイスはハードウェア・フロー制御を使用するよう
に設定されている必要があります。
RTS または Ready to Send は、CP2104 からのアクティブ・ロー出力で、CP2104 の UART RX FIFO が 383 バイ
トのウォーターマーク・レベルに達しておらず、もっとデータを受け入れる準備ができている外部 UART デバイ
スにインジケートします。RX FIFO 内のデータ量がウォーターマークに達すると、CP2104 は RTS をハイに上げ、
外部 UART デバイスがデータ送信を停止するように示します。
CTS または Clear To Send は、CP2104 へのアクティブ・ロー入力で、外部 UART デバイスの RX FIFO が満杯に
なったとき、それを CP2104 に示すために外部 UART デバイスによって使用されます。CP2104 は、CTS がハイ
に上げられると、2 バイト以上のデータを送信しません。
CP2104
RS232
システム
TX
TX
RX
RX
RTS
RTS
CTS
CTS
図 7. ハードウェア・フロー制御の典型的な接続ダイアグラム
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CP2104
8. ワンタイム・プログラム可能 ROM(ワンタイム PROM )
CP2104 には、USB ベンダー ID(VID)、プロダクト ID (PID)、商品の説明文字列、電源記述子、デバイス・リリー
ス番号、デバイス・シリアル番号、GPIO 設定、サスペンド・ピンおよびモードを OEM アプリケーション用に必
要に応じてカスタマイズするために使用できる内部ワンタイム・プログラム可能 ROM(ワンタイム PROM )が
含まれています。プログラム可能 ROM がカスタマイズされていない場合は、表 12 および 表 13 に示されている
デフォルトの設定データが使用されます。
表 12. デフォルト USB 設定データ
名前
値
ベンダー ID
10C4h
プロダクト ID
EA60h
電源記述子(属性)
80H(バス・パワー)
電源記述子(最大パワー)
32H (100 mA)
リリース番号
0100H(リリース・バージョン 01.00)
シリアル番号
独特の 8 文字の ASCII 文字列(最大 63 文字)
商品の説明文字列
「CP2104USB/UART ブリッジ・コントローラ」(最大 126 文字)
表 13. デフォルト GPIO、UART、およびサスペンド設定データ
名前
値
GPIO.0
GPIO 入力
GPIO.1
GPIO 入力
GPIO.2
GPIO 入力
GPIO.3
GPIO 入力
Flush_Buffers
オープンの Flush TX および RX FIFO
サスペンド
プッシュプル
サスペンド
プッシュプル
RS-485 レベル
アクティブ・ハイ
USB 設定データのカスタマイズはオプションですが、VID/PID の組み合わせはカスタマイズすることをお勧めし
ます。独自の VID/PID の組み合わせは、ドライバが他の USB ドライバと衝突するのを防止します。ベンダー ID
は、www.usb.org で入手でき、また Silicon Labs は Silicon Labs の VID で使用できる OEM 製品に無料 PID を提
供することができます。OEM アプリケーションが複数の CP210x ベースのデバイスを同じ PC に接続できるもの
であれば、シリアル番号をカスタマイズすることも勧められます。
コンフィグレーション・データ ROM は、希望の設定情報で出荷前に Silicon Labs がプログラムすることができま
す。また、キャパシタを PCB に追加することで、USB インターフェイスを介してシステム内でプログラムでき
ます。コンフィグレーション ROM をシステム内でプログラムする場合は、VPP ピンとグラウンドの間に 4.7 μF
のキャパシタを追加する必要があります。プログラミング動作中、コンフィグレーション ROM へ正常に書き込み
を行うためには、それ以外の回路が接続されておらず、VDD を 3.3 V、またはそれ以上に維持する必要があります。
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CP2104
9. 電圧レギュレータ
CP2104 には、オンチップ 5.0 〜 3.45 V の電圧レギュレータが含まれています。これにより、CP2104 を USB バ
ス・パワー・デバイスまたは USB セルフ・パワー・デバイスのいずれかとして設定することが可能です。レギュ
レータを使用したバスパワーのアプリケーションのデバイスの典型的な接続ダイアグラムは、図 8 に示されてい
ます。有効にすると、電圧レギュレータ出力が VDD ピンに表示され、外部デバイスへの電源として使用すること
ができます。電圧レギュレータの電気的特性については、表 5 を参照してください。レギュレータがセルフ・パ
ワーのアプリケーションで VDD を提供するために使用される場合、図 8 と同じ接続を使用してください。しかし、
REGIN はオンボード 5 V 電源に接続し、それを VBUS ピンから外します。
VIO
VIO
注3
3.45 V パワー
CP2104
VDD
1-5 µF
4.7 k
RST
サスペンド
0.1 µF
サスペンド
REGIN
1 µF
USB
サスペンド・ステータ
スの外部回路へ
GPIO.0
GPIO.1
GND
USB
コネクタ
注2
GPIO.2
ステータスと制御の
外部回路へ
GPIO.3
VBUS
VBUS
D+
D+
D-
D-
RI
DCD
GND
DTR
DSR
TXD
注1
RXD
VPP
4.7 µF
標準
UART
信号
RTS
CTS
注4
注 1: フルスピード USB と互換性のある過電圧抑制アバランシェ・ダイオードを ESD
保護のためコネクタに追加する必要があります。リテルヒューズ p/n SP0503BAHT
またはその相当品を使用してください。
注 2: 外部プルアップは不要ですが、ノイズ耐性のために追加することができます。
注 3: I/O インタフェース電圧を設定するため、VIO は VDD に直接接続、または 1.8V
までであれば電源に直接接続することができます。
注 4: コンフィグレーション ROM が USB 経由でプログラムされる場合は、VPP とグラウンドの間に 4.7µF
キャパシタを追加する必要があります。プログラミング動作中に、ピンは他の回路に接続されていてはいけ
ません。また、VDD は少なくとも 3.3V である必要があります。
図 8. 典型的なバス・パワー接続ダイアグラム
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CP2104
また、3.0 〜 3.6 V パワーが VDD ピンに供給されている場合、CP2104 は電圧レギュレータをバイパスして USB セ
ルフ・パワー・デバイスとして機能することができます。この設定では、REGIN 入力を VDD に接続し、電圧レ
ギュレータをバイパスします。レギュレータをバイパスしたセルフ・パワーのアプリケーションにおけるデバイ
スの典型的な接続ダイアグラムは、図 9 に示されています。
USB 最大パワーとパワー属性記述子は、デバイスの電力消費量および設定に一致している必要があります。
CP2104 の USB 記述子をカスタマイズする方法については、アプリケーション・ノート『AN144:CP21xx デバ
イスのカスタマイズ・ガイド』を参照してください。
VIO
VIO
注3
CP2104
VDD
4.7 k
RST
サスペンド
サスペンド
3.3 V
パワー
注2
USB
サスペンド・ステータ
スの外部回路へ
REGIN
1-5 µF
GPIO.0
0.1 µF
GPIO.1
USB
コネクタ
GPIO.2
GND
ステータスと制御の外
部回路へ
GPIO.3
VBUS
VBUS
D+
D+
D-
D-
RI
DCD
GND
DTR
DSR
TXD
注1
RXD
VPP
4.7 µF
標準
UART
信号
RTS
CTS
注4
注1: フルスピード USB と互換性のある過電圧抑制アバランシェ・ダイオードを ESD 保護のためコネクタ
に追加する必要があります。 リテルヒューズ p/n SP0503BAHT またはその相当品を使用
してください。
注 2: 外部プルアップは不要ですが、ノイズ耐性のために追加することができます。
注 3: I/O インタフェース電圧を設定するため、VIO は VDD に直接接続、または 1.8V までであれば電源
に直接接続することができます。
注 4: コンフィグレーション ROM が USB 経由でプログラムされる場合は、VPP とグラウンドの間に 4.7µF
キャパシタを追加する必要があります。 プログラミング動作中に、ピンは他の回路に接続
されていてはいけません。また、VDD は少なくとも 3.3V である必要があります。
図 9. 典型的なセルフ・パワー接続ダイアグラム(レギュレータ・バイパス)
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CP2104
10. CP2104 デバイス・ドライバ
CP2104 デバイスで使用可能なデバイス・ドライバには 2 つのセットがあります。仮想 COM ポート (VCP) ドラ
イバおよび USBXpress ダイレクト・アクセス・ドライバです。デバイスとインターフェイスで連結するのに必要
なのは 1 セットのドライバだけです。
最新のドライバは、http://www.silabs.com/products/mcu/Pages/SoftwareDownloads.aspx で入手可能です。
10.1. 仮想 COM ポート・ドライバ
CP2104 仮想 COM ポート (VCP) デバイス・ドライバにより、CP2104 ベースのデバイスを PC's のアプリケー
ション・ソフトウェアに COM ポートとして見せることができます。PC 上で動作するアプリケーション・ソフト
は、標準的なハードウェアの COM ポートへアクセスするように CP2104 ベースのデバイスにアクセスします。し
かし、PC と CP2104 デバイス間の実際のデータ転送は、USB インターフェイスを介して行われます。したがっ
て、アプリケーションを変更せずに、既存の COM ポート・アプリケーションを、CP2104 ベースのデバイスに
USB 経由でデータを転送するために使用することができます。仮想 COM ドライバを使用した CP2104 へのイン
ターフェイスでの連結のコード例についてはアプリケーション・ノート『AN197:CP210x のシリアル通信ガイ
ド』を参照してください。
10.2. USBXpress ドライバ
Silicon Labs の USBXpress ドライバは、CP2104 デバイスとインターフェイスで連結するための代替ソリュー
ションを提供します。シリアル・ポート・プロトコルの専門知識は必要ありません。その代わり、よりシンプル
な CP210x 接続性と機能性を提供するために、シンプルなハイレベル・アプリケーション・プログラミング・イ
ンターフェイス (API) が使用されます。CP210x 開発キット用 USBXpress には、Windows デバイス・ドライバ、
Windows デバイス・ドライバのインストーラとアンインストーラ、および Windows ダイナミック・リンク・ラ
イブラリ (DLL) の形式で提供されるホスト・インターフェイスの機能ライブラリ(ホスト API )が含まれていま
す。新しい PC ソフトウェアを含む新製品には、USBXpress ドライバ・セットが勧められます。USBXpress イン
ターフェイスは、アプリケーション・ノート『AN169:USBXpress プログラマ 's ガイド』に説明されています。
10.3. ドライバのカスタマイズ
"6. 非同期シリアル・データ・バス (UART) インターフェイス " ページの 11 で説明したデバイスのカスタマイズに
加え、ドライバおよびドライバのインストール・パッケージもカスタマイズすることができます。カスタマイズ
された VCP および USBXpress ドライバの生成の詳細については、アプリケーション・ノート『AN220:USB ド
ライバのカスタマイズ』を参照してください。
重要な注意:ドライバの VID/PID は、ドライバが適切にロードし、そしてデバイスを PC に接続するため、デバ
イスの VID/PID と一致している必要があります。
10.4. ドライバの認証
CP2104 に同梱されているデフォルトのドライバは、Microsoft Windows Hardware Quality Labs (WHQL) の認証を
受けています。認証とは、ドライバが Microsoft によってテストされており、その最新のオペレーティング・シス
テムで警告やエラーなしでドライバをインストールできるということを意味しています。
「AN220:USB ドライバのカスタマイズ」ソフトウェアの使用により生成されカスタマイズされたドライバは自動
的には認証されません。認証を受けるには、まず Microsoft Driver Reseller Submission プロセスを通す必要があ
ります。このプロセスに関しては、Silicon Labs サポートにお問い合わせください。
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Rev. 1.0
CP2104
11. 関連するアプリケーション・ノート
以下のアプリケーション・ノートは CP2104 に該当します。これらのアプリケーション・ノートおよびそれらに
付随するソフトウェアの最新バージョンは、
http://www.silabs.com/products/mcu/Pages/ApplicationNotes.aspx で入手可能です。
AN144:CP21xx デバイスのカスタマイズ・ガイド — このアプリケーション・ノートは、CP21xx デバイスで
USB のパラメータを設定するために AN144 ソフトウェア CP21xxSetIDs を使用する方法について説明してい
ます。
AN169:USBXpress プログラマ 's ガイド — このアプリケーション・ノートは、USBXpress API のインター
フェイスについて説明しており、これにはコード例が含まれています。
AN197:CP210x のシリアル通信ガイド — このアプリケーション・ノートは、CP210x と通信するために標準
の Windows COM ポート機能を使用する方法について説明しており、これにはコード例が含まれています。
AN220:USB ドライバのカスタマイズ — このアプリケーション・ノートは、OEM 情報で VCP または
USBXpress ドライバをカスタマイズするために AN220 ソフトウェアを使用する方法について説明しています。
AN223:CP210x のポート設定と GPIO— このアプリケーション・ノートは、GPIO、他の設定可能なピンを
設定するために AN223 ソフトウェアを使用する方法について説明しています。
Rev. 1.0
19
CP2104
文書変更リスト
改訂 0.2 から改訂 0.3
図 1, " システム例ダイアグラム ," ページの 1 を更新
しました。
図 4, "QFN-24 推奨 PCB ランド・パターン ," ページ
の 10 を追加しました。
図 8, " 典型的なバス・パワー接続ダイアグラム ,"
ページの 16 を追加しました。
図 9, " 典型的なセルフ・パワー接続ダイアグラム
(レギュレータ・バイパス)," ページの 17 を追加し
ました。
"6.1. ボーレートの生成 " ページの 12 を追加しまし
た。
表 5 を "2. 電気的特性" ページの 5 へ移動しました。
改訂 0.3 から改訂 0.4
1 ページの発注型名 (OPN) を更新しました。
1 ページのセルフ・パワー供給電圧を更新しまし
た。
表 2 の USB プルアップ供給電流を更新しました。
表 5 の出力電圧を更新しました。
表 7 ピンの説明を更新しました。
表 10 ボーレートを更新しました。
図 9 を更新しました。
改訂 0.4 から改訂 1.0
1 ページの発注型名 (OPN) を更新しました。
項 2 全体の電気仕様を更新しました。
追加 表 6
項 7 を更新しました。
項 8 を更新しました。
表 11 を追加しました。そして 表 13
項 9 の図の説明を更新しました。
20
Rev. 1.0
CP2104
メモ :
Rev. 1.0
21
CP2104
お問い合わせ
Silicon Laboratories Inc.
400 West Cesar Chavez
Austin, TX 78701
電話:1+(512) 416-8500
ファックス:1+(512) 416-9669
フリーダイヤル(米国)
:1+(877) 444-3032
Silicon Labs テクニカル・サポート・ウェブページをご参照ください:
https://www.silabs.com/support/pages/contacttechnicalsupport.aspx。
また、テクニカル・サポートのリクエストをご送信いただく場合は、ご登録ください。
この文書の情報は、すべての点において発表時点で正確と考えられているものですが、予告なしに変更される可能性があります。シリ
コン・ラボラトリーズは、誤りや脱落について一切の責任を負わないものとします。また、この文書中に含まれている情報の使用に
よって生じるいかなる結果に対する責任を否認します。加えて、シリコン・ラボラトリーズは、未記載の特徴やパラメータの機能につ
いても一切の責任を負わないものとします。シリコン・ラボラトリーズは、将来的に予告なしに変更を行う権利を留保します。シリコ
ン・ラボラトリーズは、特定の目的に対する製品の適合性に関するいかなる保証、表明、または保証もしないものとします。また、シ
リコン・ラボラトリーズは、アプリケーション、および製品あるいは回路の使用に起因する一切の責任を負わず、特に一切の法的責任
を否認します。これには必然的または偶発的損害が含まれますが、それに限定されるものではありません。シリコン・ラボラトリーズ
の製品は、生命をサポートまたは維持することを意図したアプリケーションにおいての、あるいはシリコン・ラボラトリーズの製品の
故障が人身の傷害または死亡を発生させ得る状況を起こす可能性のあるその他のアプリケーションにおいての使用のために設計された
ものでなく、それを意図してもおらず、それが認可されてもいません。買い手がそのような意図していない、または認可されていない
アプリケーションのためにシリコン・ラボラトリーズの製品を購入または使用する場合は、買い手はすべての賠償要求および損害に対
してシリコン・ラボラトリーズに免責の保証を与え、同社に損害を与えないものとします。
Silicon Laboratories、Silicon Labs、および USBXpress は、Silicon Laboratories Inc. の商標です。
この文書中に示されている他の製品やブランド名は、それぞれの所有者の商標または登録商標です。
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Rev. 1.0
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